某加固后簡支T形梁橋靜載試驗分析

冼銳冠

(廣東縱橫工程檢測有限公司，廣東 佛山 528000)

1 工程概況

某橋梁跨徑組合為 5×16m+5×16m+3×30m+5×16m+6×16m，橋面總寬為28.34m，雙幅雙向六車道，其中單幅寬13.84m。橋面采用水泥混凝土鋪裝，主橋上部結構為3跨預應力混凝土30mT形簡支梁橋，兩側引橋均為普通混凝土16mT形簡支梁橋，每幅每跨均由6片T梁組成。下部結構為樁柱式橋臺、樁柱式橋墩。

該橋病害主要為上部結構16mT梁出現較多的裂縫，絕大部分裂縫的貫穿長度超過高度3/4，且貫通腹板的裂縫占95%以上，裂縫形態呈現上窄下寬的形式。斜裂縫主要分布在兩端4m范圍內，中間寬兩頭窄，少量裂縫寬度超過規范限值。30m預應力T梁整體狀況較好，未見受力裂縫出現。

針對上述橋梁病害及結合已有的加固設計經驗，對該橋進行了如下加固措施：

（1）對16mT梁腹板進行外包鋼板加固，對裂縫進行封閉、灌縫處治，對鋼筋銹蝕進行除銹處理，破損位置用環氧砂漿修復。

（2）對30mT梁橫隔板及濕接縫進行鑿除，重新澆筑。

（3）對混凝土橋面鑿除，重做橋面鋪裝及伸縮縫。

加固設計技術標準：

（1）設計荷載：維持原設計荷載等級不變，汽車-20級，掛-100；

（2）橋面布置：維持原設計不變。

該橋加固施工已完成，為檢驗該橋現狀情況及加固效果，對該橋進行了靜載試驗。

2 靜載試驗

2.1 試驗內容與測點布置

根據本橋梁現場實際情況，選取左幅第1跨16mT梁跨中（A截面）和根部（B截面）、左幅第11跨30mT梁跨中（C截面）作為試驗橋跨，本橋的主要試驗內容為：

（1）左幅第1跨16mT梁跨中最大正彎矩（A截面） 的應變和撓度、根部最大切應力（B截面）的應變。

（2）左幅第11跨30mT梁跨中最大正彎矩（C截面）的應變和撓度。

（3）試驗加載前、加載后及卸載時主梁裂縫情況。測試控制截面見圖1。

根據試驗內容，撓度測點沿試驗橋跨兩側的支點和跨中位置布置；試驗A截面布置12個應變測點；試驗B截面布置3個應變測點（加載側1號T梁、2號T梁和3號T梁端部）；試驗C截面布置12個應變測點。

2.2 加載工況及試驗荷載

本次試驗按汽車-20級，掛-100汽車荷載考慮，根據測試橋跨結構的內力包絡圖，并考慮應力分布，按最不利受力原則選定測試截面，然后擬定相應的試驗工況。考慮現場組織標準車隊困難，采用內力等效原則，用三軸載重汽車加載。本次試驗共安排3個荷載工況（見表1）。

表1 試驗工況

根據《公路橋梁荷載試驗規程》的要求，橋梁的靜力試驗按荷載效率ηq來確定試驗的最大荷載。靜力荷載效率ηq的計算公式為：

式中：SS——靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或位移的最大計算效應值；

S——控制荷載產生的同一加載控制截面內力或位移的最不利效應計算值；

μ——按規范取用的沖擊系數值。

本次試驗為交工荷載試驗，工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載在測試截面處的試驗內力和試驗荷載效率如表2所示，表中的數據表明試驗荷載效率滿足《公路橋梁荷載試驗規程》中取值范圍為0.85～1.05之間的要求。

表2 試驗內力和荷載效率系數

2.3 靜載試驗結果與分析

（1）試驗梁跨中截面撓度分析。

在工況Ⅰ、工況Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔主梁跨中測試截面沉降值，即為主梁測試跨中截面撓度的實測值。相對殘余變形是評價結構構件承載后彈性工作性能的指標，跨中截面撓度的相對殘余變形越小，說明結構越接近彈性工作狀況。主梁測試截面撓度值見表3。

表3 控制截面撓度校驗系數

在工況Ⅰ試驗荷載作用下，實測撓度與理論計算撓度曲線的變化趨勢一致，實測最大撓度小于理論計算撓度。實測撓跨比為0.00412/16=2.58×10-4，遠小于設計規范允許的1/600=1.67×10-3，結構剛度滿足規范要求。

在工況Ⅲ試驗荷載作用下，實測撓度與理論計算撓度曲線的變化趨勢一致，實測最大撓度小于理論計算撓度。實測撓跨比為0.01235/30=4.12×10-4，遠小于設計規范允許的1/600=1.67×10-3，結構剛度滿足規范要求。

表3數據表明在工況Ⅰ、工況Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔控制截面測點撓度校驗系數在0.746～0.875間，相對殘余變形在1.5%～1.7%間，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》測點的撓度試驗校驗系數0.7～1.05和相對殘余撓度不大于20%的要求。

（2）試驗梁跨中截面與支點截面應變分析。

在工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載作用下，試驗梁跨中與支點截面的混凝土應變沿梁高分布符合平截面假定，實測的應變與荷載的關系曲線接近于直線，說明橋跨結構處于彈性工作狀況。控制截面實測應變及校驗系數見表4。

表4數據表明在工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔控制截面測點應變校驗系數在0.709～0.973間，相對殘余應變在2.6%～3.3%間，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》測點的應變試驗校驗系數0.7～1.05和相對殘余應變不大于20%的要求。說明結構的豎向剛度能滿足設計要求。

在工況Ⅰ試驗荷載作用下，1號T梁中的3＃、4＃應變測點分別粘貼在鋼板和混凝土上，2號T梁中6＃、7＃應變測點分別粘貼在鋼板和混凝土上，其實測應變值變化符合平截面假定，說明粘貼鋼板和混凝土T梁較好的結合在一起，能夠良好的共同變形受力，且粘貼鋼板能夠有效提高T梁的抗剪能力。將A截面1號T梁沿高度布置的應變測點實測彈性應變沿截面高度進行線性回歸。實測彈性應變沿截面高度呈線性變化，線性相關系數r為0.9970，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。擬合中性軸高度為82.8cm，與理論值85.1cm基本相符。

在工況Ⅱ試驗荷載作用下，梁端的實測剪切應變都小于理論值，說明粘貼鋼板能夠有效提高T梁的抗剪能力。

在工況Ⅲ最大級試驗荷載作用下將C截面1號T梁沿高度布置的應變測點實測彈性應變沿截面高度進行線性回歸。實測彈性應變沿截面高度呈線性變化，線性相關系數r為0.9945，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。擬合中性軸高度為129.5cm，與理論值128.7cm基本相符。

表4 控制截面應變校驗系數

3 裂縫

在整個荷載試驗過程中，采用裂縫觀測儀仔細檢查，未發現試驗橋跨有新增可見裂縫產生，結構抗裂性能滿足《公路橋梁荷載試驗規程》的要求。

4 試驗結論

通過對試驗數據分析和對理論數據的比較結果表明該橋目前工作狀況正常，結構強度、剛度以及抗裂性能符合《公路橋梁荷載試驗規程》 （JTG/T J21-01-2015）中所規定的各項指標要求，結構處于彈性工作狀態，其承載能力滿足設計荷載標準汽車-20級，掛-100的正常使用要求。